Corrosión por cloruros del acero de refuerzo embebido en concreto ...
CORROSIÓN DE LA ALEACIÓN 22 EN PRESENCIA DE CLORUROS Y …
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CORROSIÓN DE LA ALEACIÓN 22 EN PRESENCIA DE CLORUROS Y FOSFATOS
R. M. Carranza (1)(3), M. Miyagusuku (2) y R. B. Rebak (4)
(1) Unidad de Actividad Materiales, CNEA (2) Unidad de Actividad Química, CNEA
(3) Instituto Sabato, UNSAM / CNEA
Centro Atómico Constituyentes –. Av. General Paz 1499 (1650) – San Martín, Buenos Aires, Argentina.
(4) GE Global Research Center - 1 Research Circle, CEB2505, Niskayuna, NY 12309, USA
E-mail de contacto: [email protected]
1- INTRODUCCIÓN
Las centrales nucleares generadoras de energía, que forman parte de la
producción comercial de la misma, producen gran cantidad de residuos radioactivos de
diferentes niveles de actividad radioactiva. En particular, los combustibles gastados en
las centrales nucleares constituyen un residuo de alta actividad que contiene isótopos
radioactivos con períodos de semidesintegración mayores a 30 años. El almacenamiento
geológico profundo es la alternativa más segura para la disposición final de dichos
desechos ya que permite su confinamiento por períodos de tiempo prolongados de
manera que su actividad decaiga a niveles aceptables. Los repositorios geológicos se
basan en el principio multibarrera, que consiste en interponer una serie de barreras
naturales e ingenieriles entre los residuos y la biosfera. Estas barreras deben asegurar un
tiempo prolongado de almacenamiento de manera de que, cualquier radionucleído
potencialmente liberado a la biosfera reingrese decaído a un nivel tal que el impacto no
tenga efectos indeseables para el hombre y el medio ambiente. La función de las
barreras naturales de un repositorio geológico es contribuir al aislamiento de los
residuos, minimizando la cantidad de agua entrante al emplazamiento y limitando el
transporte de los residuos, para lo cual debe estar ubicado por encima y por debajo de
formaciones geológicas estables, no tener agua circulante y no estar sometidos a
movimiento de tierras. La principal barrera ingenieril es el contenedor que aloja a los
residuos y se diseña para prolongar el aislamiento de los residuos dentro del depósito y
limitar su potencial liberación [1, 2]. Los materiales considerados para la construcción
del contenedor deben cumplir con los requisitos de resistencia a la corrosión, resistencia
mecánica, buena conductividad térmica, estabilidad frente al calor y a la radiación. La
mayor parte de los países que planifican la disposición final de residuos nucleares de
alta actividad, entre ellos Argentina, todavía no ha tomado una decisión sobre los
materiales que se utilizarán en la construcción de la barrera ingenieril y se halla en la
etapa de estudios geológicos de viabilidad [1].
La Aleación 22 es una aleación en base níquel que contiene 22% Cr, 13% Mo,
3% W y 3% Fe aproximadamente [3]. La misma fue diseñada para resistir la corrosión
en condiciones tanto oxidantes como reductoras [4, 5, 6], en los medios agresivos más
comúnmente utilizados en la industria [3, 4]. El níquel (Ni) presenta una elevada
resistencia a la corrosión en álcalis concentrados, el cromo (Cr) favorece la formación
de un óxido pasivo protector en condiciones oxidantes. El molibdeno (Mo) y el
tungsteno (W) son aleantes que ejercen un efecto benéfico en condiciones reductoras, ya
que presentan bajas corrientes de descarga de hidrógeno [4] y trabajos recientes indican
que ambos, particularmente el W, forman óxidos en la capa externa de la capa pasiva
que suprimen la disolución de la misma a altos potenciales [7]. Esta aleación es
utilizada en medios que contienen cloruros a alta temperatura en los cuales los aceros
inoxidables austeníticos sufren picado, corrosión en rendijas y corrosión bajo tensión [3,
4]. La Aleación 22 es considerada una de las candidatas para ser utilizada en la
fabricación de la pared externa de los contenedores de residuos nucleares de alta
actividad en el repositorio de Yucca Mountain, Nevada, Estados Unidos [1, 2]. Dado
que los contenedores prestarán servicio en ambientes naturales caracterizados como
soluciones acuosas multiiónicas, se estima que este material podría sufrir tres tipos
diferentes de deterioro: corrosión general, corrosión localizada (específicamente en
rendijas) y corrosión bajo tensión [2, 8, 9]. Desde el punto de vista de la corrosión en
rendijas, el ion cloruro es el más agresivo [4, 10, 11, 12, 13, 14], mientras que
oxianiones tales como nitrato [4, 11, 12, 13, 14], sulfato [4, 11, 13, 14], carbonato y
bicarbonato [14] son reconocidos inhibidores. Estudios recientes han demostrado que el
ion fluoruro y algunos ácidos orgánicos débiles se comportan como inhibidores débiles
para la corrosión en rendijas [15, 16].
Los compuestos con grupos fosfato presentes son comúnmente utilizados como
inhibidores de corrosión en solución acuosa. Yu Zuo et al [17] reportaron inhibición de
iones fosfatos, cromatos y sulfatos sobre la corrosión localizada en aceros inoxidables
316L en NaCl a 25 oC, proponiendo un mecanismo de inhibición combinado por
incremento de la pasividad del material y por disminución de la acidez de la solución. El
uso de compuestos con fósforo (iones fosfato, polímeros polifosfatos o pinturas
anticorrosivas) como anticorrosivos que protegen el hierro ha sido estudiado en
numerosos trabajos [18, 19, 20]. Empresas de servicio de agua potable también utilizan
fosfatos como inhibidores para reducir la liberación de cobre de sus cañerías por
formación de una película pasiva en la pared de la cañería [21].
El objetivo del presente trabajo es estudiar el efecto de los iones fosfatos sobre la
corrosión de la aleación 22 en condiciones ambientales severas, en presencia de alto
contenido de cloruros, en las cuales esta aleación puede ser susceptible a la corrosión en
rendijas. Se determinó el comportamiento electroquímico por medio de curvas de
polarización pontenciodinámica/potencionstática y medidas de impedancia. La película
anódica y productos de corrosión formados se caracterizaron por microscopía
electrónica de barrido y por análisis de rayos X dispersivos en energía (EDX).
2- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Los ensayos electroquímicos se llevaron a cabo utilizando una celda
electroquímica de tres electrodos, hecha de vidrio borosilicato con tapa de PTFE que
permitió introducir el electrodo de referencia (ECS, electrodo de calomel saturado),
mantenido a temperatura ambiente mediante una camisa de agua que lo refrigeraba y
comunicado a la solución por un capilar de Luggin, así como también el contraelectrodo
(malla de Pt) y el electrodo de trabajo (Aleación 22). Adicionalmente, se introdujo un
burbujeador a través del cual se burbujeó la solución con nitrógeno y un condensador
para evitar la evaporación y consecuentemente el cambio de composición de la solución
durante el ensayo. La temperatura del ensayo se midió con un termómetro convencional
y se mantuvo mediante un baño de agua termostatizado o se utilizó una cinta calefactora
con un sensor de temperatura de resistencia acoplado con un controlador de
temperatura. La concentración de cloruros fue 1M en todas las soluciones y la de
fosfatos varió en el rango de 0M a 1M. El agregado de fosfatos se realizó pesando
cantidades equimolares de sales sodio de fosfato ácido y diácido. El pH de la soluciones
se midió a temperatura ambiente antes y después de cada ensayo. Los ensayos
electroquímicos se llevaron a cabo utilizando dos potenciostatos un Autolab PGSTAT
302 y un GAMRY Reference 600. Cabe aclarar que todos los potenciales mencionados
en este trabajo se refieren a VECS = VENH + 0,244 V.
Las muestras de Aleación 22 fueron pulidas con papel de carburo de silicio hasta
granulometría 600, enjuagadas sucesivamente con acetona, alcohol y agua y secadas
con corriente de aire dentro de la hora previa al ensayo propiamente dicho. Se utilizaron
dos tipos diferentes de muestras: probetas cilíndricas (1 pulgada de longitud y ¼ de
pulgada de diámetro) cuya parte superior, por donde se sostiene la muestra y posee el
contacto eléctrico, fue enmascarada por una funda de PTFE termocontraíble y probetas
prismáticas del tipo PCA (Prismatic Crevice Assembly), con un dispositivo para
estudiar la corrosión por rendijas. Las probetas prismáticas PCA de (19x19x9) mm
tienen con un orificio circular de unos 7 mm de diámetro, por el cual pasa un tornillo de
Ti que permite ajustar dos formadores de rendijas contra ambas caras de la muestra
[22]. Los formadores de rendijas cerámicos utilizados poseen 12 dientes y fueron
envueltos con cinta de PTFE antes de ajustarlos con un torque de 5 Nm.
El procedimiento general para las curvas de polarización consistió en monitorear
el potencial de corrosión durante 15 minutos, aplicar de un potencial catódico (unos 150
mV por debajo del potencial de corrosión) durante 5 minutos, barrer el potencial hacia
valores anódicos y luego revertir la dirección de barrido de potenciales hacia valores
catódicos, con igual velocidad de barrido, hasta una corriente del orden del µA, rango
en el cual se encuentra la corriente en la región de comportamiento pasivo.
Para el estudio de la corrosión uniforme, se realizaron curvas de polarización
potenciodinámica con una velocidad de barrido de 0,167 mV/s, en un rango de potencial
tal que se observó la pasividad y el comienzo de la transpasividad, hasta un valor de
potencial máximo de 1V o hasta una densidad de corriente máxima de 5 mA/cm2..
También se tomaron medidas de impedancia al potencial de corrosión con una amplitud
de perturbación de 10mV eficaz, luego de 24 horas en solución sin burbujeo de
nitrógeno. Para el estudio de la corrosión localizada, el barrido directo se interrumpió en
un valor de potencial de +0,3 V, previo al rango de transpasividad, y se mantuvo dicho
potencial durante 2 horas antes de invertir el barrido de potencial.
Luego de los ensayos electroquímicos, se procedió a enjuagar las muestras con
agua destilada por inmersión y, en algunos pocos casos, con ultrasonido para eliminar
las sales depositadas en la superficie. La caracterización de la película anódica
resultante se realizó utilizando un microscopio electrónico de barrido Philips (SEM
515). Para la observación se retiró la funda de PTFE de las muestras y se lavó con
acetona y luego se adhirió al portamuestra con una cinta doble faz. Teniendo en cuenta
que el volumen de interacción entre los electrones del haz y la muestra corresponde al
volumen analizado y es función de la composición (número atómico) del voltaje de
aceleración del haz de electrones[23], la observación y los análisis por EDS se llevaron
a cabo con un voltaje de aceleración del haz de electrones de 15 kV.
3- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 - Corrosión Uniforme
A pesar de ser la Aleación 22 muy susceptible a la corrosión en rendijas en 1M
NaCl a 90 oC, no se detectó este tipo de ataque en este medio, debido a que la rendija
formada por la funda de PTFE no es lo suficientemente ajustada como para producir
este fenómeno. Para producir corrosión en rendijas hacen falta formadores de rendijas
especiales comprimidos contra la superficie de la probeta con un torque elevado de
varios N.m. La ausencia de corrosión en rendijas permitió estudiar el efecto de los
fosfatos sobre la pasividad y la transpasividad de la Aleación 22 sobre las superficies
expuestas.
En la Figura 1 se muestra el gráfico de comparación de las curvas de
polarización potenciodinámica directa, obtenidas siguiendo el procedimiento descrito
anteriormente. En todos los casos se observó una región catódica a potenciales más
negativos que -0,6 V, una región de pasividad con una densidad de corriente
relativamente baja (alrededor de 1 µA.cm-2) y constante, y por último una región de
transpasividad en la cual al incrementar el potencial aplicado, la densidad de corriente
anódica también se incrementó rápidamente. El valor de pH se mantuvo prácticamente
constante entre 6,1 y 6,2, excepto en el ensayo realizado en 1M NaCl, en el cual se
observó una variación del pH de 6 a 6,8.
El rango de potencial dentro del cual se observó pasividad, resultó mayor en las
soluciones con agregado de fosfatos. En el ensayo llevado a cabo en 1M NaCl, la
densidad de corriente aumentó a partir de +0,2V, mientras que en presencia de fosfatos
aumentó a partir de +0,4V. Los barridos inversos hacia potenciales catódicos luego de
haber alcanzado la zona de transpasividad no indican la existencia de corrosión en
rendijas debido a la ausencia de histéresis en la corriente entre los barridos directo e
inverso en ninguna de las muestras ensayadas, así como tampoco lo indica la
observación por microscopía electrónica [24].
El análisis semicuantitativo de la película transpasiva, formada al finalizar las
curvas de polarización, permitió detectar la presencia de fósforo en dicha película en
todos los casos en que hubo fosfatos presentes en la solución. Asimismo, se encontraron
diferencias de composición relativa entre las películas formadas respecto del metal base
y en función de la presencia de fosfatos, como puede observarse en los mapas de
distribución de los elementos mayoritarios que componen la aleación, Figuras 2 y 3. La
película formada se enriqueció en W y se empobreció en Mo y Ni respecto de metal y
no se observaron diferencias en Cr (Figura 2). La presencia de fosfatos en la solución
resultó en la incorporación de P en dicha película y resaltó las diferencias en
composición de la película respecto del metal (Figura 3).
De las medidas de impedancia a Ecorr ,se calcularon las velocidades de corrosión
asumiendo un circuito equivalente R(CPE//Rp):
y
donde B está relacionado con las pendientes anódica y catódica de Tafel
[B=βAβC/(2,303(βA+βC)), con βA=βC= 0,12V/decada], Rp es la resistencia a la
polarización que se obtiene del ajuste a las medidas de impedancia, k es el factor de
conversión faradaica (3,27 µm g (año-1 cm
-1 µA
-1), ρ es la densidad (8,69g/cm
3) y PE es
el peso equivalente (23,28). Los resultados se muestran en el gráfico de la Figura 4 e
indican que la velocidad de corrosión, en todos los casos estudiados, estuvo entre 0,1 y
0,3 µm/año. Los valores correspondientes a los ensayos sin agregado de fosfatos, se
representaron en el menor valor de la escala logarítmica del eje X, que corresponde a
10-7M.
3.2 - Corrosión Localizada
Los resultados del estudio de la corrosión por rendijas, que se llevaron a cabo
con muestras PCA con formadores de rendija cerámicos envueltos en PTFE, se resumen
P
CORR
R
Bi = PE
ρ
ikv CORR
CORR =
en la Figura 5. Las curvas presentan la etapa inicial catódica, la zona de pasividad, la
etapa potenciostática a +0,3V, que fue aplicado por 2 horas y posteriormente la curva
inversa. En todos los ensayos, excepto para el de mayor contenido de fosfatos, se
observó un incremento de corriente durante la etapa potenciostática. Dicha corriente se
relaciona con el proceso de corrosión en rendijas, que posteriormente se repasivaron al
invertir el barrido de potencial potenciodinámico.
La comparación de las curvas de polarización obtenidas permite observar el corrimiento
del potencial de repasivación a potenciales mayores con el agregado de fosfatos al
medio y hasta la inhibición completa de la corrosión en rendijas cuando el contenido de
fosfato fue 1M. Se determinó el potencial de repasivación como la intersección de las
curvas de potencial potenciodinámico directa e inversa. Los valores de potencial de
repasivación obtenidos se muestran en el gráfico de la Figura 6, en la cual también se
incluyen macrografías de algunas de las muestras luego del ensayo y se indica mediante
flechas las condiciones experimentales en las cuales fueron ensayadas y el potencial de
repasivación encontrado. Dado que para concentraciones de fosfatos mayores que 0.3M
no hubo incremento de corriente durante la etapa potenciostática, en la cual se aplicó
+0.3V, se puede suponer que no se produjo corrosión en rendijas y no se pudo
determinar un potencial de repasivación. En cambio, podemos afirmar que el potencial
de repasivación que les correspondería sería mayor o igual +0.3V, lo cual se indica en el
gráfico con el símbolo “estrella”.
La observación en el MEB, permitió caracterizar las zonas más atacadas de las
muestras, que se encontraron debajo de los formadores de rendijas, en particular en la
zona periférica de las mismas. Se encontró un ataque no uniforme, con zonas en las
cuales se formaron zanjas en las cuales se observa un mayor ataque, como pueden
distinguirse en las micrografías de las Figuras 7 y 8. En estas figuras también se
incluyen los mapas de distribución de los elementos mayoritarios de la Aleación 22. El
análisis por EDS de la película anódica permitió detectar la presencia de fósforo sólo en
la película formada por fuera de los “dientes” de los formadores de rendijas, en todos
los casos en que hubo fosfatos presentes en la solución. La película formada por debajo
de los dientes se enriqueció en W y Mo y empobreció en Cr y Ni respecto de metal.
La similitud en los mapeados del W y del Mo que se observa en las Figuras 7 y 8
indican que la película anódica que se formó difiere en composición con la encontrada
en los ensayos de corrosión uniforme, dado que, como se observa en las Figuras 2 y 3,
el enriquecimiento que se observó en dicha película fue sólo de W.
Considerando que el mecanismo de iniciación de la corrosión por rendija en la Aleación
22 en presencia de cloruros es del mismo tipo que el que se produce en otras aleaciones
como los aceros inoxidables austeníticos [25, 26], la zona ocluida que se encuentra
debajo de los formadores de rendija presenta un valor de pH menor que en el seno de la
solución [27]. Por lo tanto, procesos locales de acidificación del medio serían
compatibles con la corrosión localizada en rendijas, y también con un enriquecimiento
de la película en Mo, dada su baja solubilidad en soluciones ácidas. [28, 29].
4- CONCLUSIONES
Mediante las técnicas electroquímicas se encontró que la presencia de fosfatos en una
solución acuosa a pH cercano al neutro amplió en unos 200 mV el rango de potenciales
en los cuales este material presenta un comportamiento pasivo, si bien las velocidades
de corrosión medidas cerca del potencial de corrosión resultaron similares en todos los
ensayos. Dichos valores se encontraron entre 0,1 y 0,3 µm/año e indican una importante
resistencia a la corrosión en estas condiciones. La película anódica formada, de aspecto
cuarteado luego del ensayo, presentó diferencias de composición respecto del metal
base. Se propone que esta inhibición pueda ser debida a la incorporación de fosfatos en
la película pasiva, así como también al enriquecimiento de la misma en W.
Se determinaron los potenciales de repasivación en las curvas de polarización
potenciodinámica cíclica combinada con una etapa de polarización potenciostática,
etapa en la cual se produjo mayormente la corrosión en rendija. El agregado de fosfatos
a la solución provocó un corrimiento del potencial de repasivación hacia valores
mayores, lo cual condujo a la inhibición de la corrosión localizada para concentraciones
de fosfatos mayores que 0,3M en presencia de 1M NaCl y en las condiciones
experimentales ensayadas. La caracterización por MEB/EDS, permitió observar el
ataque en la zona periférica debajo de los formadores de rendija y comprobar que la
película anódica formada allí presenta un claro enriquecimiento de W y Mo respecto del
metal base y que no se observa incorporación de P en el mismo.
Los iones fosfato podrían actuar disminuyendo la acidez producida por el ácido
clorhídrico en la zona ocluida, que es lo que promueve la corrosión localizada por
rendija, así como también por mejoramiento de la capa pasiva formada sobre esta
aleación en presencia de fosfatos.
Agradecimientos
R. M. Carranza agradece a la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica
y a la Univ. Nacional de San Martín por la financiación parcial de este trabajo.
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01E-9
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0.01
Densidad
de Corriente (A/cm
2 )
Potencial vs. SCE (V)
1M NaCl
1M NaCl + 0.001 M fosfatos
1M NaCl + 0.01 M fosfatos
1M NaCl + 0.1 M fosfatos
1M NaCl + 1 M fosfatos
Comparación Curvas de Polarización Aleación C-22 - T = 90oC
Figura 1: Curvas de polarización de la Aleación 22 en soluciones acuosas desaireadas 1M NaCl con diferentes concentraciones de fosfatos a 90
oC.
Ausencia de
fosfatos
en la solución del
ensayo.
P
W
Mo
W
Mo
Cr
Ni
Cr
Ni
Figura 2: Mapas de distribución de
elementos en la película anódica en
Aleación 22 en 1 M NaCl + 0 M
fosfatos a 90oC. Escala: 10 µm.
Figura 3: Mapas de distribución de
elementos en la película anódica en
Aleación 22 en 1 M NaCl + 0,01 M
fosfatos a 90oC. Escala: 10 µm
1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 10.0
0.1
0.2
0.3Velocidad de corrosión (µm/año)
Relación Molar [Fosfatos/Cloruros]
Figura 4: Velocidades de corrosión (µm/año) de la Aleación 22 en 1M NaCl con
diferentes concentraciones de fosfatos a 90oC.
-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
1E-11
1E-10
1E-9
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
Current Density (A/cm2)
Potential vs. SCE (V)
1M NaCl + 0M fosfatos
1M NaCl + 0.01M fosfatos
1M NaCl + 0.1M fosfatos
1M NaCl + 1M fosfatos
Comparación Curvas de Polarización Aleación C-22 - T = 90oC
Figura 5: Curvas de polarización potenciodinámica cíclica combinada con polarización
potenciostática a 0,3V.
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Potencial de Repasivación
Po
ten
cia
l d
e R
epa
siv
ació
n (
mV
)
Conc. Fosfatos (M)
Figura 6: Potencial de repasivación de la Aleación 22 en función de la concentración de fosfatos en 1M NaCl a 90 oC.
Ausencia de
fosfatos
en la solución del
ensayo
P
W
Mo
W
Mo
Cr
Ni
Cr
Ni
Figura 7: Mapas de distribución de
elementos en la película anódica en
Aleación 22 en 1 M NaCl + 0 M
fosfatos a 90oC. Escala: 100 µm.
Figura 8: Mapas de distribución de
elementos en la película anódica en
Aleación 22 en 1 M NaCl + 0,01 M
fosfatos a 90oC. Escala: 100 µm.
5- REFERENCIAS 1 - Geological Challenges in Radioactive Waste Isolation. Third Worldwide Review. –
Eds. P.A.Witherspoon and G.S.Bodvarsson – EOLBNL, University of California,
Berkeley, CA. U.S.A. (2001).
2 - G.M. Gordon, Corrosion, 58, pp 811-825 (2002). 3 - Haynes Internacional - Hastelloy C-22 Alloy - H-2019E (2002).
4 - R.B. Rebak en Corrosion and Environmental Degradation, Vol II, pp 69-111 (Wiley-
VCH, 2000: Weinheim, Germany).
5 - A. I. Asphahani, The Arabian Journal of Science and Engineering Vol. 14, Nº2 pp.
317-335 (1989).
6 - P. E. Manning, J. D. Smith, and J. L. Nickerson, Materials Performance, pp. 67-73,
June (1988).
7 - A.C.Lloyd, J.J.Noël, S.McIntyre, D.W.Shoesmith. Electrochemia Acta 49 (2004),
3015-3027
8 - R.B. Rebak y J.C. Estill in Fall Meeting of the Materials Research Society, Boston,
Massachusetts, 2-6 December 2002, Vol. 757, Paper II4.1, pp 713-721. 9 - K.J. Evans, y R.B. Rebak, Corrosion Science a Retrospective and Current Status in
Honor of R.P. Frankenthal, The Electrochemical Society 2002, Pennington, New Jersey,
2002-13, pp. 344-354.
10 - R.B Rebak “Factors affecting the Crevice Corrosion Susceptibility of Alloy 22”
paper 056/05, Corrosion 2005 (NACE International, 2005. Houston, Texas).
11 - R.B. Rebak “Mechanisms of Inhibition of Crevice Corrosion in Alloy 22”, Fall
Meeting of the Materials Research Society (2006), en publicación, paper NN08.
12 - G.O. Ilevbare, K.J. King, S.R. Gordon, H.A. Elayat, G.E. Gdowski, T.S.E.
Gdowski, J. Electrochem. Soc., 152, 12, B547, 2005.
13 - B.A. Kehler, G.O. Ilevbare and J.C. Scully, Corrosion, 57, pp 1042-1065 (2001). 14 - D.S. Dunn et al. “Localized Corrosion Resistance and Mechanical Properties of
Alloy 22 Waste Package Outer Containers” JOM, January 2005, pp 49-55.
15 - R. M. Carranza, M. A. Rodríguez, R. B. Rebak, Effect of fluoride ions on crevice
corrosion and passive behavior of alloy 22 in hot chloride solutions, Corrosion,
63/05.(2007) 480-490. 16 - R. M. Carranza, Paper 08578, Corrosion/2008, NACE Intl. Houston, TX (2008).
17 - Y.Zuo, H. Wang, J Zhao, J.Xiong, Corrosion Science 44 (2002) 13-24).
18 - J. Benzakour, A Derja, J. Electroanalytical Chemistry 437 (1997) 119-124.
19 - M. Lebrini et al, Corrosion Science, 50 (2008) 2914-2918.
20 - R. Romagnoli, V.F.Vetere, Corrosion (NACE), 51(2), 116-123 (1995)).
21 - M.Edwards et al, Corrosion Science 44 (2002) 1057-1071 22 - ASTM G192-08, “Standard Test Method for Determining the Crevice
Repassivation Potential of Corrosion-Resistant Alloys Using a Potentiodynamic-
Galvanostatic-Potentiostatic Technique” in Annual Book of ASTM Standards, vol. 03.02
(West Conshohocken, PA: ASTM Intl., 2008).
23 - J.I.Goldstein, D.E. Newbury, P.Echlin, D.C.Joy, C.Fiori, E.Lifshin. “Scanning
Electron Microscopy and X-Ray Microanálisis” Plenum Press, New York (1981).
24 - R. M. Carranza, M. Miyagusuku y R. B. Rebak. “Corrosión de la aleación C-22 en
presencia de fosfatos”. XXXIV Reunión Anual de la Asociación Argentina de
Tecnología Nuclear, Buenos Aires, noviembre 2007.
25 - M.G. Fontana, “Corrosion Engimeering”, p. 53. McGraw-Hill, 1986. New
York,NY.
26 - A.J. Sedriks, “Corrosion of Stainless Steels”, p.177. John Wiley & Sons, 1996,
New York, NY.
27 - R.B. Rebak, “Mechanisms of Inhibition of Crevice Corrosion in Alloy 22”,
Material Research Society, 2007, Warrendale, PA.
28 - M Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions”, NACE,
Houston, TX, 1974).
29 - W.A.Badawy, F.M.Al-Kharafi, Electrochimica Acta, 44, pp 693-702 (1998).
CORROSION OF ALLOY 22 IN PHOSPHATE IONS EFFECT AND CHLORIDE CONTAINING SOLUTIONS
R. M. Carranza (1)(3), M. Miyagusuku (2) y R. B. Rebak (4)
(1) Unidad de Actividad Materiales (2) Unidad de Actividad Química (3) Instituto Sabato Univ. Nac. de
San Martín / CNEA – Centro Atómico Constituyentes – CNEA. Av. General Paz 1499 (1650) – San
Martín, Buenos Aires, Argentina.
(4) GE Global Research Center - 1 Research Circle, CEB2505, Niskayuna, NY 12309, USA
Abstract
Alloy 22 belongs to Ni-Cr-Mo family. This alloy resists the most agressive
environments for industrial applications, in oxidazing as well as reducing conditions,
because exhibits an excellent uniform and localized corrosion resistance in aqueous
solution. Because of its outstanding corrosion resistant, this alloy is one of the candidate
to be considered for the outer shell of the canister that would contain high level
radioactive nuclear wastes in a geological repository.
The aim of this work is to study ion phosphate influence over Alloy 22 corrosion
behavior under agressive conditions, such as high temperature and high ion chloride
concentration, where this material might be susceptible to crevice corrosion. Two
different types of samples were used: cylinder specimens for uniform corrosion
behavior studies and Prismatic Crevice Assembly (PCA) specimens for localized
corrosion studies. Electrochemical tests were performed in deaerated aqueous solution
of 1M NaCl and 1M NaCl with different phosphate additions at 90oC and pH near
neutral. The anodic film and corrosion products obtained were studied by SEM/EDS.
Cyclic Potentiodynamic Polarization (CPP) curves obtained for uniform
corrosion studies, showed an increase of the passivity range in phosphate containing
solutions. The passive current value was 1 µA/cm2 aproximately in all the tests.
PCA electrochemical tests, that combined a CPP with a potentiostatic
polarization step for 2 hours in between the foward and reverse scan, showed crevice
corrosion development in some cases. The repassivation potential value, determined by
the intersection of the foward and the reverse scan, increased with phosphate addition.
A complete crevice corrosion inhibition effect was found for phosphate concentration
higher than 0.3M.
These results indicate that the passivity potential range depend on phosphate
presence and might be related with the incorporation of the anion in the passive film.
Results of the tests performed with PCA specimens showed a strong inhibitory effect of
phosphate ions on chloride induced crevice corrosion of Alloy 22.
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